JP2012171420A

JP2012171420A - インホイールモータ駆動装置

Info

Publication number: JP2012171420A
Application number: JP2011033703A
Authority: JP
Inventors: Masaya Ooka; 眞也大岡; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-09-10
Also published as: WO2012111411A1

Abstract

【課題】飛び石等による破損の心配がなく、加工も容易な冷却及び内部潤滑油の流路を有するインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】車輪の駆動力を発生するモータ部Ａを前記車輪内に有するインホイールモータ駆動装置において、内部冷却用の冷却水路又は潤滑油用の油路の流路を構成する配管６１、６２を、前記モータ部Ａのハウジング２２にインサート成形により形成したものであり、前記ハウジング２２は、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽金属の鋳造品からなり、前記配管６１、６２は、鋳造の際に、配管となるパイプ材を鋳込んで形成することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、インホイールモータ駆動装置、特に装置の冷却及び内部潤滑油の流路に関するものである。

従来のインホイールモータ駆動装置１０１は、例えば、特開２００９−１７４５９３号公報（特許文献１）に記載されている。

図６に示すインホイールモータ駆動装置１０１は、モータ側回転部材１０６を回転駆動するモータ部１０３と、前記モータ側回転部材１０６の回転を減速して車輪側回転部材１０８に伝達する減速部１０５と、前記車輪側回転部材１０８に固定連結される車輪ハブ１０９を有する車輪ハブ軸受部１０４とを備えている。

特開２００９−１７４５９３号公報

ところで、前記インホイールモータ駆動装置１０１には、通常、内部冷却用の冷却水路１０７及び潤滑油用の油路１１０が必要である。

従来、内部冷却用の冷却水路１０７及び潤滑油用の油路１１０は、モータ部１０３のハウジング１０２を後加工することにより形成しているが、冷却水路１０７や油路１１０の形成には、加工工数が掛かり、冷却水路１０７や油路１１０の流路が細い場合には、加工が困難である。

また、モータ部１０３のハウジング１０２の外部の外周面に、流路を形成した場合には、飛び石、接触等で、流路を形成する配管が破損して、液体が流出する恐れがある。

そこで、この発明は、飛び石等による破損の心配がなく、加工も容易な冷却及び内部潤滑油の流路構造を提供しようとするものである。

前記の課題を解決するために、この発明は、車輪の駆動力を発生するモータ部を前記車輪内に有するインホイールモータ駆動装置において、内部冷却用の冷却水路又は潤滑油用の油路の流路を構成する配管を、前記モータ部のハウジングにインサート成形により形成したものである。

前記ハウジングは、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽金属の鋳造品からなり、前記配管は、鋳造の際に、配管となるパイプ材を鋳込んで形成することができる。

前記配管は、モータ部の冷却用の液体が流れる冷却用配管として使用することができる。

冷却用配管は、モータ部の外部に連通させることができる。

冷却用配管は、モータ部のハウジングの円周方向に１周又は螺旋状に配置することが好ましい。

前記配管は、潤滑油が流れる潤滑用配管としても使用することができる。

前記潤滑用配管は、モータ部の冷却用としても使用することができる。

前記潤滑用配管は、装置外部に連通させずに、装置内部で循環するように設ける。

前記潤滑用配管は、径方向及び車軸方向に配置する。

前記冷却用配管と潤滑用配管は、片方のみを設けてもよいが、両方を設けることが好ましい。

前記潤滑用配管内の潤滑油を循環させる内蔵ポンプが装置内に設置することが好ましい。

内蔵ポンプの回転数が、モータ部の減速部を備えないものにおいては、モータ部の回転数と同一で、モータ部の減速部を備えるものにおいては、モータ部の回転数と異なるように設定される。

この発明は、以上のように、内部冷却用の冷却水路又は潤滑油用の油路の流路を構成する配管を、前記モータ部のハウジングにインサート成形により形成しているので、飛び石等の破損の心配がなく、細い流路のものも簡単に形成できる。

この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置にインサート成形される冷却用配管の全体図である。インホイールモータ駆動装置を有する電気自動車の概略平面図である。図３の電気自動車後方から見た図である。図１の実施形態の減速部の概略縦断面図である。従来のインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車１１は、図３に示すように、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、左右の後輪１４それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。後輪１４は、図４に示すように、シャーシ１２のホイールハウジング１２ａの内部に収容され、懸架装置（サスペンション）１２ｂを介してシャーシ１２の下部に固定されている。

懸架装置１２ｂは、左右に伸びるサスペンションアームによって後輪１４を支持すると共に、コイルスプリングとショックアブソーバとを含むストラットによって、後輪１４が地面から受ける振動を吸収してシャーシ１２の振動を抑制する。さらに、左右のサスペンションアームの連結部分には、旋回時等に車体の傾きを抑制するスタビライザーが設けられる。なお、懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、駆動輪の駆動力を効率良く路面に伝達するために、左右の車輪を独立して上下させることができる独立懸架式とするのが望ましい。

この電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａ内部に、左右の後輪１４それぞれを駆動するインホイールモータ駆動装置２１を設けることによって、シャーシ１２上にモータ、ドライブシャフト、およびデファレンシャルギヤ機構等を設ける必要がなくなるので、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の駆動輪の回転をそれぞれ制御することができるという利点を備えている。

一方、この電気自動車１１の走行安定性を向上するために、ばね下重量を抑える必要がある。また、さらに広い客室スペースを確保するために、インホイールモータ駆動装置２１の小型・軽量化が求められる。

インホイールモータ駆動装置２１は、図１に示すように、駆動力を発生させるモータ部Ａと、モータ部Ａの回転を減速して出力する減速部Ｂと、減速部Ｂからの出力を駆動輪１４に伝える車輪ハブ軸受部Ｃとを備え、図４に示すように電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ内に取り付けられる。

前記モータ部Ａのハウジング２２は、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽金属の鋳造品であり、鋳造の際に、インサート成形によりパイプ材を鋳込み、内部冷却用の冷却水路又は潤滑油用の油路の流路を構成する配管を形成している。

前記配管は、モータ部Ａの冷却用の液体が流れる冷却用配管６１と、潤滑油が流れる潤滑用配管６２とからなる。

冷却用配管６１は、モータ部Ａの外部に連通するように、ハウジング２２から外部に引き出されている。

冷却用配管６１は、モータ部Ａのハウジング２２の円周方向に配置され、一周よりも、図２に示すように、螺旋状に配置することが好ましい。

前記潤滑用配管６２は、モータ部Ａの冷却用として使用することもできる。

前記潤滑用配管６２は、装置外部に連通させずに、装置内部で循環するように設けている。

前記潤滑用配管６２は、径方向及び車軸方向に配置されている。

前記潤滑用配管６２内の潤滑油は、内蔵ポンプ５１によって循環している。

内蔵ポンプ５１の回転数は、モータ部Ａの減速部Ｂを備えないものにおいては、モータ部Ａの回転数と同一に設定されるが、実施形態のようにモータ部Ａの減速部を備えるものにおいては、モータ部Ａの回転数と異なるように設定される。

モータ部Ａは、モータ部Ａのハウジング２２に固定されるステータ２３と、ステータ２３の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ２４と、ロータ２４の内側に固定連結されてロータ２４と一体回転するモータ側回転部材２４ｂとを備えるラジアルギャップモータである。モータ側回転部材２４ｂは、モータ部Ａのハウジング２２に対して転がり軸受３６ａ、３６ｂによって回転自在に支持されている。

モータ側回転部材２４ｂは、モータ部Ａの駆動力を減速部Ｂに伝達するためにモータ部Ａから減速部Ｂにかけて配置されている。モータ側回転部材２４ｂは、中空構造で、減速部Ｂの入力軸２５が嵌合固定され、入力軸２５には偏心部２５ａ、２５ｂが設けられている。２つの偏心部２５ａ、２５ｂは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、１８０°位相を変えて設けられている。

減速部Ｂは、偏心部２５ａ、２５ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２６ａ、２６ｂと、減速部ハウジング２２ｂ上の固定位置に保持され、曲線板２６ａ、２６ｂの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン２７と、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動を車輪側回転部材２８に伝達する運動変換機構と、偏心部２５ａ、２５ｂに隣接する位置にカウンタウェイト２９とを備える。また、減速部Ｂには、減速部Ｂに潤滑油を供給する減速部潤滑機構が設けられている。

車輪側回転部材２８は、フランジ部２８ａと軸部２８ｂとを有する。フランジ部２８ａの端面には、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に内ピン３１を固定する穴が形成されている。また、軸部２８ｂはハブ輪３２に嵌合固定され、減速部Ｂの出力を車輪１４に伝達する。車輪側回転部材２８のフランジ部２８ａと入力軸２５とは、転がり軸受３６ｃによって回転自在に支持されている。

曲線板２６ａ、２６ｂは、図５に示すように、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔３０ａを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａ、２６ｂの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン３１を受入れる。また、貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａ、２６ｂの中心に設けられており、偏心部２５ａ、２５ｂに嵌合する。

曲線板２６ａ、２６ｂは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａ、２５ｂに対して回転自在に支持されている。この転がり軸受４１は、偏心部２５ａ、２５ｂの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面を有する内輪部材と、曲線板２６ａ、２６ｂの貫通孔３０ｂの内径面に直接形成された外側軌道面と、内側軌道面および外側軌道面の間に配置される複数の円筒ころ４４と、隣接する円筒ころ４４の間隔を保持する保持器（図示省略）とを備える円筒ころ軸受である。

外ピン２７は、入力軸２５の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。曲線板２６ａ、２６ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン２７とが係合して、曲線板２６ａ、２６ｂに自転運動を生じさせる。ここで、外ピン２７は、針状ころ軸受によって減速部ハウジング２２ｂに対して回転自在に支持されている。これにより、曲線板２６ａ、２６ｂとの間の接触抵抗を低減することができる。

カウンタウェイト２９は、円板状で、中心から外れた位置にモータ側回転部材２５と嵌合する貫通孔を有し、曲線板２６ａ、２６ｂの回転によって生じる不釣合い慣性偶力を打ち消すために、各偏心部２５ａ、２５ｂに隣接する位置に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。

運動変換機構は、車輪側回転部材２８に保持された複数の内ピン３１と、曲線板２６ａ、２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される。内ピン３１は、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられており、その軸方向一方側端部が車輪側回転部材２８に固定されている。また、曲線板２６ａ、２６ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２６ａ、２６ｂの貫通孔３０ａの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受が設けられている。

貫通孔３０ａは、複数の内ピン３１それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔３０ａの内径寸法は、内ピン３１の外径寸法（「針状ころ軸受を含む最大外径」を指す。以下同じ。）より所定分大きく設定されている。

減速部潤滑機構は、減速部Ｂに潤滑油を供給するものであって、潤滑油路５２と、潤滑油給油口５３と、潤滑油排出口５４と、潤滑油貯留部５５と、内蔵ポンプ５１とを備える。

潤滑油路５２は、入力軸２５の内部を軸線方向に沿って延びている。また、潤滑油供給口５３は、偏心部２５ａ、２５ｂに設けられている。

また、減速部Ｂの位置における減速部ハウジング２２ｂの少なくとも１箇所には、減速部Ｂの内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口５４が設けられている。また、潤滑油排出口５４と潤滑油路５２とを接続する潤滑用配管６２がモータ部Ａのハウジング２２の内部に設けられている。そして、潤滑油排出口５４から排出された潤滑油は、潤滑用配管６２を経由して潤滑油路５２に還流する。

車輪ハブ軸受部Ｃは、車輪側回転部材２８に固定連結された車輪１４を取付けるハブ輪３２と、ハブ輪３２を減速部Ｂのケース２２ｂに対して回転自在に保持する固定輪３３とを備える。ハブ輪３２は、円筒形状の中空部３２ａとフランジ部３２ｂとを有する。フランジ部３２ｂにはボルト３２ｃによって車輪１４が固定連結される。また、車輪側回転部材２８の軸部２８ｂの外径面にはスプラインおよび雄ねじが形成されている。また、ハブ輪３２の中空部３２ａの内径面にはスプライン穴が形成されている。そして、ハブ輪３２の内径面に車輪側回転部材２８を螺合し、先端をナット３２ｄでとめることによって、両者を締結している。

ハブ輪３２は、中空部３２ａの外面に車輪取付けフランジ３２ｂが一体形成されている。中空部３２ａの車両アウター側の外径面には、アウター側軌道面が一体に形成され、中空部３２ａの車両インナー側の外径面に、外面にインナー側軌道面を有する内輪３２ｅを嵌合している。

固定輪３３は、内周面に、ハブ輪３２のアウター側軌道面とインナー側軌道面に対向するアウター側軌道面とインナー側軌道面を有し、外周面に、固定用フランジ３３ａを有する。

ハブ輪３２と固定輪３３の対向するアウター側軌道面とインナー側軌道面間には、複列の玉３４が収容されている。

固定輪３３の固定用フランジ３３ａと減速部ハウジング２２ｂとは、ボルト７１によって締結されている。また、減速部ハウジング２２ｂとモータ部Ａのハウジング２２とは、ボルト７２によって締結されている。

以下、インホイールモータ駆動装置２１の作動原理について説明する。
モータ部Ａは、例えば、ステータ２３のコイルに交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けて、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ２４が回転する。これにより、ロータ２４にモータ側回転部材２４ｂを介して接続された入力軸２５が回転すると、曲線板２６ａ、２６ｂは入力軸２５の回転軸心を中心として公転運動する。このとき、外ピン２７が、曲線板２６ａ、２６ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板２６ａ、２６ｂを入力軸２５の回転とは逆向きに自転運動させる。

貫通孔３０ａに挿通する内ピン３１は、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動に伴って貫通孔３０ａの内壁面と当接する。これにより、曲線板２６ａ、２６ｂの公転運動が内ピン３１に伝わらず、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動のみが車輪側回転部材２８を介して車輪ハブ軸受部Ｃに伝達される。

このとき、入力軸２５の回転が減速部Ｂによって減速されて車輪側回転部材２８に伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ部Ａを採用した場合でも、駆動輪１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

なお、前記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺＡ、曲線板２６ａ、２６ｂの波形の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図５に示す実施形態では、ＺＡ＝１２、ＺＢ＝１１であるので、減速比は１／１１と、非常に大きな減速比を得ることができる。

このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができる減速部Ｂを採用することにより、コンパクトで高減速比のインホイールモータ駆動装置２１を得ることができる。また、外ピン２７および内ピン３１に針状ころ軸受を設けたことにより、曲線板２６ａ、２６ｂとの間の摩擦抵抗が低減されるので、減速部Ｂの伝達効率が向上する。

前記の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に採用することにより、ばね下重量を抑えることができる。その結果、走行安定性に優れた電気自動車１１を得ることができる。

また、前記の実施形態においては、潤滑油供給口５３を偏心部２５ａ、２５ｂに設けた例を示したが、これに限ることなく、入力軸２５の任意の位置に設けることができる。ただし、転がり軸受４１に安定して潤滑油を供給する観点からは、潤滑油供給口５３は偏心部２５ａ、２５ｂに設けるのが望ましい。

また、前記の実施形態においては、減速部Ｂの曲線板２６ａ、２６ｂを１８０°位相を変えて２枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を３枚設ける場合は、１２０°位相を変えて設けるとよい。

また、前記の実施形態における運動変換機構は、車輪側回転部材２８に固定された内ピン３１と、曲線板２６ａ、２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部Ｂの回転を車輪ハブ３２に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、車輪側回転部材に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。

なお、前記の実施形態における作動の説明は、各部材の回転に着目して行ったが、実際にはトルクを含む動力がモータ部Ａから駆動輪に伝達される。したがって、上述のように減速された動力は高トルクに変換されたものとなっている。

また、前記の実施形態における作動の説明では、モータ部Ａに電力を供給してモータ部Ａを駆動させ、モータ部Ａからの動力を駆動輪１４に伝達させたが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときは、駆動輪１４側からの動力を減速部Ｂで高回転低トルクの回転に変換してモータ部Ａに伝達し、モータ部Ａで発電しても良い。さらに、ここで発電した電力は、バッテリーに蓄電しておき、後でモータ部Ａを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いたりしてもよい。

また、前記の各実施形態においては、モータ部Ａにラジアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の構成のモータを適用可能である。例えばハウジングに固定されるステータと、ステータの内側に軸方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータとを備えるアキシアルギャップモータであってもよい。

また、前記の各実施形態においては、減速部Ｂにサイクロイド減速機構を採用したインホイールモータ駆動装置２１の例を示したが、これに限ることなく、任意の減速機構を採用することができる。例えば、遊星歯車減速機構や平行軸歯車減速機構等が該当する。また、この発明は、減速機がないインホイールモータユニット（モータダイレクト駆動）においても適用可能である。

さらに、図３に示した電気自動車１１は、後輪１４を駆動輪とした例を示したが、これに限ることなく、前輪１３を駆動輪としてもよく、４輪駆動車であってもよい。なお、本明細書中で「電気自動車」とは、電力から駆動力を得る全ての自動車を含む概念であり、例えば、ハイブリッドカー等をも含むものとして理解すべきである。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

２１インホイールモータ駆動装置
Ａモータ部
Ｂ減速部
Ｃ車輪ハブ軸受部
２２ハウジング
２２ｂ減速部ハウジング
３２ハブ輪
３３固定輪
５１内蔵ポンプ
６１冷却用配管
６２潤滑用配管

Claims

車輪の駆動力を発生するモータ部を前記車輪内に有するインホイールモータ駆動装置において、内部冷却用の冷却水路又は潤滑油用の油路の流路を構成する配管が、前記モータ部のハウジングにインサート成形により形成されているインホイールモータ駆動装置。
前記ハウジングが軽金属の鋳造品からなり、鋳造の際に、配管となるパイプ材を鋳込んだことを特徴とする請求項１記載のインホイールモータ駆動装置。
前記配管が、モータ部の冷却用の液体が流れる冷却用配管として使用されている請求項１又は２記載のインホイールモータ駆動装置。
冷却用配管がモータ部の外部に連通している請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
冷却用配管が、モータ部のハウジングの円周方向に１周又は螺旋状に配置されている請求項３又は４に記載のインホイールモータ駆動装置。
前記配管が、潤滑油が流れる潤滑用配管として使用されている請求項１又は２記載のインホイールモータ駆動装置。
前記潤滑用配管が、モータ部の冷却用としても使用されている請求項６に記載のインホイールモータ駆動装置。
前記潤滑用配管は、装置外部に連通させずに、装置内部で循環するように設けている請求項６又は７記載のインホイールモータ駆動装置。
前記潤滑用配管は、径方向及び車軸方向に配置されている請求項６〜８のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
前記冷却用配管と潤滑用配管の両方が設置されている請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。
前記潤滑用配管内の潤滑油を循環させる内蔵ポンプが装置内に設置されている請求項６〜１０のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
内蔵ポンプの回転数が、モータ部の減速部を備えないものにおいては、モータ部の回転数と同一で、モータ部の減速部を備えるものにおいては、モータ部の回転数と異なるように設定されている請求項６〜１１のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。